RU2275764C1

RU2275764C1 - Thermal pipe with forced liquid circulation and thermal pipe for cooling notebooks

Info

Publication number: RU2275764C1
Application number: RU2005125124/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Ермаков (RU); Сергей Анатольевич Ермаков
Original assignee: Сергей Анатольевич Ермаков
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2006-04-27

Abstract

FIELD: power engineering, possible use for transferring significant heat flows from device to device, from environment to device or vice versa, from device to environment, in particular, can be used for cooling heat-generating elements of computer.

SUBSTANCE: between heat-generating zone and liquid pipeline a wall is positioned made of fine-pored material or capillary portion of pipeline, lower portion of liquid pipeline is provided with device for periodic or pulse heating of liquid incoming into pipeline through wall, while shape and dimensions of section of liquid pipeline provide for possible movement of steam-liquid mixture in the mode of "implement" boiling, when portions of liquid move along pipeline together with steam plugs without division onto separate steam and liquid flows. Device allows adjustable return of liquid from condensation zone to one or more boiling zones oppositely to gravitation forces along pipeline without utilization of dynamic equipment, only due to periodic measured losses of thermal energy. Utilization of aforementioned construction of heat-generating portion of thermal pipe (radiator), meant for mobile computers, allows to combine radiator with lower body lid of mobile computer and provide for forced influx of liquid from radiator to heat-taking portions of thermal pipe for any position of computer in space.

EFFECT: higher efficiency, lower costs.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для передачи значительных потоков теплоты от устройства к устройству, от окружающей среды к устройству или, наоборот, от устройства к окружающей среде, в частности может быть использовано для охлаждения тепловыделяющих элементов компьютера.The invention relates to the field of heat engineering and can be used to transfer significant heat fluxes from device to device, from the environment to the device or, conversely, from the device to the environment, in particular, can be used to cool the heat-generating elements of a computer.

Известно теплопередающее устройство замкнутого испарительного охлаждения, состоящее из одного или нескольких тепловоспринимающих участков, одного или нескольких паровых трубопроводов, теплоотдающего участка и одного или нескольких жидкостных трубопроводов, образующих замкнутую систему, внутри которой находится рабочее тело в виде жидкости и ее паров (RU 2255437 от 27.06.2005 г.). Техническое название данного устройства "тепловая трубка". Жидкость, находящаяся в тепловоспринимающем участке устройства, под действием поступающего через теплопроводящие стенки участка тепла вскипает, поглощая поступающую тепловую энергию. Образующиеся пары по паровому трубопроводу под действием температурного перепада давлений поступают в теплоотдающий участок устройства, в котором конденсируются, передавая теплоту конденсации через теплопроводящие стенки участка окружающей среде либо теплоотводящему устройству. Сконденсированная жидкость под действием силы тяжести по жидкостному трубопроводу возвращается в тепловоспринимающий участок, замыкая цикл теплопередачи. Вариантом данного устройства является устройство с совмещенным паровым и жидкостным трубопроводом, при работе которого жидкость и пар движутся по одному и тому же трубопроводу навстречу друг другу. Недостатком данного устройства является необходимость размещения теплоотдающего участка выше уровня тепловоспринимающего участка для обеспечения возвращения сконденсированной жидкости под действием силы тяжести.Known heat transfer device of closed evaporative cooling, consisting of one or more heat-receiving sections, one or more steam pipelines, heat transfer section and one or more liquid pipelines forming a closed system, inside which is a working fluid in the form of a liquid and its vapor (RU 2255437 from 27.06 .2005). The technical name of this device is “heat pipe”. The liquid located in the heat-receiving section of the device boils under the action of the heat section entering through the heat-conducting walls, absorbing the incoming thermal energy. The resulting vapor through a steam pipeline under the influence of a temperature differential pressure enters the heat transfer section of the device, in which they condense, transferring the heat of condensation through the heat transfer walls of the area to the environment or heat transfer device. Condensed liquid under the action of gravity through a liquid pipeline returns to the heat-receiving section, closing the heat transfer cycle. A variant of this device is a device with a combined steam and liquid pipeline, during operation of which the liquid and steam move along the same pipeline towards each other. The disadvantage of this device is the need to place the heat transfer section above the level of the heat-receiving area to ensure the return of the condensed liquid under the action of gravity.

Для преодоления этого недостатка применяют тепловую трубку, в которой жидкость из теплоотдающего участка в тепловоспринимающий участок возвращается под действием капиллярных сил по капиллярно-пористому фитилю, проложенному внутри парового трубопровода. Недостатком данного устройства является малая объемная скорость возврата жидкости, снижение полезного сечения парового трубопровода, трудность распределения возвращаемой жидкости по поверхности тепловоспринимающего участка и сложность регулирования тепловой производительности тепловой трубки.To overcome this drawback, a heat pipe is used in which the liquid from the heat transfer section to the heat transfer section is returned under the action of capillary forces through a capillary-porous wick laid inside the steam pipeline. The disadvantage of this device is the low volumetric rate of liquid return, a decrease in the useful cross section of the steam pipeline, the difficulty of distributing the returned liquid over the surface of the heat-receiving section, and the difficulty of controlling the thermal performance of the heat pipe.

Применение динамического оборудования для возврата жидкости из зоны конденсации в зону испарения позволяет регулировать производительность теплового потока, обеспечиваемого тепловой трубкой, в прямом и обратном направлениях, но приводит к усложнению конструкции тепловой трубки и снижает ее герметичность ("Тепловые трубы". Сб., пер. с англ. и нем. под ред. Э.Э.Шпильрайна. М. 1972; "Идеализация технических систем" Ю.П.Саламатов. Красноярск, 2000).The use of dynamic equipment for returning liquid from the condensation zone to the evaporation zone makes it possible to control the heat flux provided by the heat pipe in the forward and reverse directions, but it complicates the design of the heat pipe and reduces its tightness (Heat Pipes. Sat., trans. with English and German under the editorship of E.E. Shpilrayn. M. 1972; "Idealization of technical systems" by Yu.P. Salamatov. Krasnoyarsk, 2000).

Целью изобретения является обеспечение возможности регулируемого возврата жидкости по жидкостному трубопроводу из теплоотдающей зоны тепловой трубки в тепловоспринимающую зону без применения динамического оборудования и при любом расположении данных зон относительно друг друга.The aim of the invention is to provide the possibility of a controlled return of liquid through a liquid pipeline from the heat-transfer zone of the heat pipe to the heat-receiving zone without the use of dynamic equipment and at any location of these zones relative to each other.

Поставленная цель достигается тем, что между теплоотдающей зоной и жидкостным трубопроводом расположена перегородка из мелкопористого материала или капиллярный участок трубопровода, нижний участок жидкостного трубопровода снабжен устройством периодического или импульсного нагрева поступающей через перегородку в трубопровод жидкости, а форма и размеры сечения жидкостного трубопровода обеспечивают возможность перемещения парожидкостной смеси в режиме "снарядного" кипения, при котором порции жидкости перемещаются по трубопроводу вместе с паровыми пробками без расслоения на отдельные паровые и жидкостные потоки. Для этого форма сечения жидкостного трубопровода приближена к округлой, а диаметр трубопровода поддерживается минимальным.This goal is achieved by the fact that between the heat-transfer zone and the liquid pipeline there is a partition made of finely porous material or a capillary section of the pipeline, the lower section of the liquid pipeline is equipped with a device for periodic or pulsed heating of the liquid coming through the partition into the pipeline, and the shape and size of the cross section of the liquid pipeline allow the vapor-liquid mixtures in the "shell" boiling mode, in which portions of liquid are moved through the pipeline place with vapor lock without separation into individual vapor and liquid streams. For this, the cross-sectional shape of the liquid pipeline is approximated to round, and the diameter of the pipeline is kept to a minimum.

Вместо перегородки из мелкопористого материала может быть применен капиллярный участок жидкостного трубопровода или дроссельное отверстие.Instead of a septum of finely porous material, a capillary section of a liquid pipe or a throttle opening can be used.

Предпочтительно в качестве устройства периодического или импульсного нагрева жидкости, находящейся в начале жидкостного трубопровода, применен электрический нагреватель.Preferably, an electric heater is used as a device for periodic or pulsed heating of the liquid at the beginning of the liquid pipe.

Предпочтительно нагреватель выполнен многозонным, с возможностью выборочного нагрева различных участков жидкостного трубопровода.Preferably, the heater is multi-zone, with the possibility of selective heating of various sections of the liquid pipeline.

Для обеспечения возможности регулирования работы тепловой трубки в прямом и обратном направлении каждая зона тепловой трубки, которая может работать в режиме конденсации, оборудована пористой перегородкой на входе в трубопровод отвода жидкости из данной зоны в испарительную зону и нагревателем.To provide the possibility of regulating the operation of the heat pipe in the forward and reverse direction, each zone of the heat pipe that can operate in condensation mode is equipped with a porous septum at the inlet to the liquid discharge pipe from this zone to the evaporation zone and a heater.

В качестве устройства периодического нагрева жидкости в жидкостном трубопроводе, может быть применена вспомогательная тепловая трубка с внутренним капиллярно-пористым фитилем, периодически нагреваемая внешним устройством либо выполненная с возможностью периодического контакта с жидкостью, поступающей через пористую перегородку в жидкостный трубопровод, В последнем случае тепловоспринимающий конец вспомогательной тепловой трубки располагают в той же нагреваемой зоне, где расположен тепловоспринимающий конец заявленной тепловой трубки, а теплоотдающий конец выводят в верхний участок расширительной полости, расположенной между мелкопористой перегородкой на выходе из теплоотдающей зоны заявленной тепловой трубки и жидкостным трубопроводом. Теплоотдающий конец вспомогательной трубки помещают внутрь теплоизолированного стакана, размещенного в этой же полости. Начало жидкостного трубопровода располагают в нижнем участке расширительной полости. При заполнении полости жидкостью, проникающей в расширительную полость через пористую перегородку, жидкость переливается через край стакана и контактирует с теплоотдающим концом тепловой трубки, в результате чего осуществляется нагрев и вскипание жидкости, попавшей внутрь стакана.As a device for periodically heating a liquid in a liquid pipeline, an auxiliary heat pipe with an internal capillary-porous wick can be used, periodically heated by an external device or made with the possibility of periodic contact with the liquid entering through the porous partition into the liquid pipe. In the latter case, the heat-receiving end of the auxiliary the heat pipe is located in the same heated zone where the heat-receiving end of the declared heat tube, and the heat-releasing end is led to the upper portion of the expansion cavity located between the finely porous septum at the outlet of the heat-transfer zone of the claimed heat pipe and the liquid pipe. The heat-releasing end of the auxiliary tube is placed inside a thermally insulated glass placed in the same cavity. The beginning of the liquid pipeline is located in the lower section of the expansion cavity. When filling the cavity with liquid penetrating the expansion cavity through the porous septum, the liquid overflows over the edge of the glass and contacts the heat-releasing end of the heat pipe, as a result of which heating and boiling of the liquid that has got inside the glass is carried out.

Предпочтительно тепловоспринимающие участки тепловой трубки имеют форму теплосъемников, выполненных с возможностью плотного теплового контакта с охлаждаемым устройством.Preferably, the heat-absorbing sections of the heat pipe are in the form of heat sinks configured to make close thermal contact with the device to be cooled.

Предпочтительно теплоотдающие участки тепловой трубки имеют форму радиаторов или теплообменников со значительной поверхностью теплоотдачи.Preferably, the heat transfer sections of the heat pipe are in the form of radiators or heat exchangers with a significant heat transfer surface.

В качестве варианта предложена тепловая трубка для охлаждения мобильных компьютеров, теплоотдающий участок которой выполнен в виде плоского тонкостенного герметичного корпуса, внутри которого вдоль каждой его стороны расположены один или несколько каналов для сбора сконденсированной жидкости, сообщающиеся с внутренней полостью корпуса через перегородку из мелкопористого материала. Один из концов каждого канала глухой, а второй имеет свободный выход в жидкостный трубопровод, подающий жидкость в соответствующий тепловоспринимающий участок. Внутри каждого канала расположены один или несколько электронагревательных элементов. Электронагревательные элементы размещены вдоль всей длины каналов для сбора сконденсированной жидкости и предпочтительно выполнены с возможностью регулируемого многозонального нагрева. Возможен вариант размещения электронагревательных элементов снаружи корпуса с возможностью нагрева соответствующих каналов через теплопроводящую стенку корпуса.As an option, a heat pipe has been proposed for cooling mobile computers, the heat transfer section of which is made in the form of a flat thin-walled sealed enclosure, inside of which one or more channels for collecting condensed liquid are located along each side of it, communicating with the internal cavity of the case through a partition made of finely porous material. One of the ends of each channel is deaf, and the second has a free exit to the liquid pipeline, which supplies liquid to the corresponding heat-receiving section. Inside each channel are one or more electric heating elements. The electric heating elements are arranged along the entire length of the channels for collecting condensed liquid and are preferably configured to control multi-zone heating. A variant of the placement of electric heating elements outside the housing with the possibility of heating the respective channels through the heat-conducting wall of the housing.

Количество жидкостных трубопроводов, соединяющих каналы для сбора сконденсированной жидкости с каждым тепловоспринимающим участком тепловой трубки, обеспечивает возможность подачи в них жидкости с любой из нижерасположенных сторон корпуса теплоотдающего участка, в зависимости от угла наклона корпуса. Предпочтительно число трубопроводов, отводящих жидкость от теплоотдающего участка к каждому тепловоспринимающему участку тепловой трубки, соответствует числу сторон корпуса.The number of liquid pipelines connecting the channels for collecting condensed liquid with each heat-receiving section of the heat pipe allows them to be supplied with liquid from any of the lower sides of the body of the heat-transfer section, depending on the angle of inclination of the case. Preferably, the number of pipelines that divert fluid from the heat transfer portion to each heat transfer portion of the heat pipe corresponds to the number of sides of the housing.

Внутри плоского теплоотдающего корпуса расположена трехмерная решетка или комплекс перегородок с проемами, образующими каналы для прохода паров рабочего тела, препятствующие изменению формы корпуса под действием внешнего или внутреннего давления.Inside the flat heat-releasing case there is a three-dimensional lattice or a complex of partitions with openings that form channels for the passage of the vapor of the working fluid, preventing the change in the shape of the body under the influence of external or internal pressure.

Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.Using the claimed invention will allow to obtain the following technical result.

Устройство позволит обеспечить возврат жидкости из зоны конденсации в зону кипения против сил гравитации по трубопроводу без применения динамического оборудования, только за счет периодических дозированных затрат тепловой энергии. При этом количество тепловой энергии, затрачиваемой на перемещение жидкости, составляет доли процента от количества тепловой энергии, передаваемой тепловой трубкой.The device will allow for the return of liquid from the condensation zone to the boiling zone against the forces of gravity through the pipeline without the use of dynamic equipment, only due to the periodic dosed costs of thermal energy. In this case, the amount of thermal energy spent on moving the fluid is a fraction of a percent of the amount of thermal energy transmitted by the heat pipe.

Устройство позволит обеспечить возврат жидкости за счет того же теплового поля, за счет которого осуществляется поступательное движение паров.The device will ensure the return of fluid due to the same thermal field, due to which the translational movement of the vapor is carried out.

Устройство позволит обеспечить возврат жидкости из одной зоны конденсации в несколько зон испарения с возможностью регулирования величины каждого жидкостного потока при помощи соответствующего количества электронагревательных устройств малой мощности и выбора режима их работы.The device will allow for the return of liquid from one condensation zone to several evaporation zones with the possibility of regulating the magnitude of each liquid flow using the appropriate number of low-power electric heating devices and selecting their operating mode.

Устройство позволит обеспечить работу тепловой трубки прямом и/или в обратном направлении, с возможностью широкой регулировки величины жидкостного потока и, соответственно, обратного парового потока, вплоть до полного прекращения теплопередачи.The device will ensure the operation of the heat pipe forward and / or in the opposite direction, with the possibility of wide adjustment of the magnitude of the liquid flow and, accordingly, the return steam flow, up to the complete cessation of heat transfer.

Применение заявленной конструкции теплоотдающего участка тепловой трубки (радиатора), предназначенной для мобильных компьютеров, позволит совместить радиатор с нижней крышкой корпуса мобильного компьютера и обеспечить принудительную подачу жидкости из радиатора в тепловоспринимающие участки тепловой трубки (теплосъемники) при любом положении компьютера в пространстве.The application of the claimed design of the heat transfer section of the heat pipe (radiator), designed for mobile computers, will allow you to combine the radiator with the bottom cover of the mobile computer case and provide a forced supply of liquid from the radiator to the heat-receiving sections of the heat pipe (heat sinks) at any position of the computer in space.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вариант конструкции тепловой трубки, выполненной с возможностью регулирования теплопередачи в прямом и обратном направлении; на фиг.2 показан вариант конструкции разветвленной тепловой трубки с одним радиатором и двумя теплосъемниками, тепловая производительность которых регулируется при помощи электронагревательных устройств; на фиг.3 показан вариант конструкции тепловой трубки с одной охлаждаемой и одной нагреваемой зоной, возврат жидкости в которую осуществлен при помощи нагрева вспомогательной тепловой трубкой; на фиг.4 показан вариант конструкции радиатора разветвленной тепловой трубки, предназначенной для охлаждения мобильного компьютера; на фиг.5 схематически показана часть радиатора, изображенного на фиг.4, в разрезе.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a design of a heat pipe made with the possibility of regulating heat transfer in the forward and reverse direction; figure 2 shows a design variant of a branched heat pipe with one radiator and two heat sinks, the thermal performance of which is controlled by electric heating devices; figure 3 shows a design variant of a heat pipe with one cooled and one heated zone, the return of the liquid into which is carried out by heating with an auxiliary heat pipe; figure 4 shows a design variant of a radiator of a branched heat pipe designed to cool a mobile computer; figure 5 schematically shows a portion of the radiator shown in figure 4, in section.

Конструкция тепловой трубки, изображенной на фиг.1, состоит из корпуса 1, двух пористых перегородок 2 и 15, двух жидкостных трубопроводов 3 и 16, двух импульсных нагревателей 4 и 17, теплоизолятора 5, в нагреваемом и охлаждаемом конце трубки находится жидкое рабочее тело 6.The design of the heat pipe shown in figure 1, consists of a housing 1, two porous partitions 2 and 15, two liquid pipelines 3 and 16, two pulse heaters 4 and 17, a heat insulator 5, in the heated and cooled end of the tube is a liquid working fluid 6 .

Конструкция разветвленной тепловой трубки, изображенной на фиг.2, состоит из двух теплосъемников 8, двух паровых трубопроводов 7, радиатора 9, двух пористых перегородок 2 и двух электронагревателей 4.The design of the branched heat pipe shown in FIG. 2 consists of two heat sinks 8, two steam pipelines 7, a radiator 9, two porous partitions 2 and two electric heaters 4.

Конструкция тепловой трубки, изображенной на фиг.3, состоит из вертикального корпуса 1, пористой перегородки 2, жидкостного трубопровода 3, расширительной емкости 12, вспомогательной тепловой трубки 10, теплоизолятора 5, теплоизолированного стакана 11 и кольцевой емкости 13.The design of the heat pipe shown in Fig. 3 consists of a vertical body 1, a porous partition 2, a liquid pipe 3, an expansion tank 12, an auxiliary heat pipe 10, an insulator 5, a heat-insulated cup 11 and an annular tank 13.

Конструкция радиатора тепловой трубки, изображенной на фиг.4, 5 состоит из плоского прямоугольного корпуса 9, пористых перегородок 2, образующих каналы 14, электронагревателей 4.The radiator design of the heat pipe shown in FIGS. 4, 5 consists of a flat rectangular body 9, porous partitions 2 forming channels 14, electric heaters 4.

Работа тепловой трубки, изображенной на фиг.1, осуществлена следующим образом. При передаче теплоты из нижнего участка тепловой трубки в верхний участок жидкость 6, находящаяся в нагреваемом нижнем конце трубки 1 кипит, поглощая поступающую теплоту. Пары под действием температурного перепада давлений перемещаются в верхний конец трубки, где конденсируются на охлаждаемом конце трубки и в виде жидкости собираются в верхнем участке трубки. Жидкое рабочее тело через пористую перегородку 2 поступает в начальный участок жидкостного трубопровода 3 и постепенно его заполняет, вплоть до выравнивания уровней в трубопроводе и в начальном участке тепловой трубки. После полного или частичного заполнения жидкостью данный участок трубопровода 3 нагревается при помощи импульсного нагревательного устройства 4, защищенного теплоизолятором 5. Жидкость, находящаяся в трубопроводе, вскипает, после чего порция жидкости вместе с образующимися парами по трубопроводу 3 поступает в нижний конец тепловой трубки, замыкая цикл рабочего тела. Возвращению парожидкостной смеси обратно в верхний участок тепловой трубки препятствует пористая перегородка 2. Нагрев импульсного нагревательного устройства 4 прекращают, после чего жидкое рабочее тело из верхнего участка тепловой трубки вновь заполняет начальный участок трубопровода 3. Для продолжения работы тепловой трубки цикл передачи порции жидкости вновь повторяют. При необходимости прекратить теплопередачу, прекращают подачу порций жидкости из верхнего конденсационного участка тепловой трубки в нижний испарительный участок. Жидкость в нагреваемом нижнем участке полностью выкипает, после чего процесс теплопередачи прекращается. При необходимости возобновить теплопередачу, возобновляют подачу порций жидкости из верхнего участка тепловой трубки в нижний участок. Регулируя количество жидкости в каждой порции и частоту подачи порций жидкости при помощи регулировки мощности импульсов теплового потока, вырабатываемого нагревательным устройством 4 и частоты данных импульсов, можно регулировать мощность теплопередачи, обеспечиваемую тепловой трубкой. Так как управляющий тепловой поток, создаваемый нагревательным устройством 4, на несколько порядков меньше теплового потока, передаваемого тепловой трубкой, работу данного устройства можно представить как аналог работы электрического транзистора только в отношении тепловых потоков.The operation of the heat pipe shown in figure 1, as follows. When transferring heat from the lower portion of the heat pipe to the upper portion, the liquid 6 located in the heated lower end of the tube 1 boils, absorbing the incoming heat. Vapors under the influence of a temperature differential pressure move to the upper end of the tube, where they condense at the cooled end of the tube and collect in the form of liquid in the upper section of the tube. The liquid working fluid through the porous partition 2 enters the initial section of the liquid pipeline 3 and gradually fills it, up to the leveling levels in the pipeline and in the initial section of the heat pipe. After full or partial filling with liquid, this section of the pipeline 3 is heated by means of a pulse heating device 4, protected by a heat insulator 5. The liquid in the pipeline boils, after which a portion of the liquid, together with the generated vapors, passes through the pipeline 3 to the lower end of the heat pipe, closing the cycle working fluid. The return of the vapor-liquid mixture back to the upper section of the heat pipe is prevented by the porous partition 2. The heating of the pulse heating device 4 is stopped, after which the liquid working fluid from the upper section of the heat pipe again fills the initial section of the pipeline 3. To continue the operation of the heat pipe, the liquid transfer cycle is repeated again. If necessary, stop the heat transfer, stop supplying portions of liquid from the upper condensation section of the heat pipe to the lower evaporation section. The liquid in the heated lower section completely boils, after which the heat transfer process stops. If necessary, resume heat transfer, resume supplying portions of liquid from the upper portion of the heat pipe to the lower portion. By adjusting the amount of liquid in each portion and the frequency of supply of portions of the liquid by adjusting the power of the heat flux pulses generated by the heating device 4 and the frequency of these pulses, it is possible to control the heat transfer power provided by the heat pipe. Since the control heat flux generated by the heating device 4 is several orders of magnitude smaller than the heat flux transmitted by the heat pipe, the operation of this device can be represented as an analogue of the operation of an electric transistor only with respect to heat fluxes.

Данная тепловая трубка может работать аналогичным образом и в обратном направлении, для чего в ее конструкции предусмотрены пористая перегородка 15, жидкостный трубопровод 16 и нагреватель 17, работающие вышеописанным способом.This heat pipe can work in a similar way and in the opposite direction, for which purpose a porous partition 15, a liquid pipe 16 and a heater 17 operating in the above manner are provided in its design.

Работа разветвленной тепловой трубки, изображенной на фиг.2, осуществлена следующим образом. Жидкое рабочее тело 6, находящееся в теплосъемнике 8, кипит, отбирая теплоту от охлаждаемого устройства. Пары по паровому трубопроводу 7 поступают в радиатор 9, в котором конденсируются, отдавая теплоту конденсации через стенки радиатора окружающей среде. Сконденсированная жидкость из радиатора через пористую перегородку 2 поступает в начальный участок жидкостного трубопровода 3, постепенно заполняя участок вплоть до выравнивания уровней в трубопроводе и радиаторе. Включают импульсное нагревательное устройство 4. Под действием полученной порции теплоты жидкое рабочее тело в трубопроводе 3 вскипает, вследствие чего парожидкостная смесь по трубопроводу поступает в теплосъемник 8, замыкая цикл рабочего тела. Регулируя частоту срабатывания и мощность импульсного нагревательного устройства 4, регулируют подачу порций жидкости в теплосъемник 8.The operation of the branched heat pipe shown in figure 2, as follows. The liquid working fluid 6, located in the heat sink 8, boils, taking heat from the cooled device. Vapors through the steam pipe 7 enter the radiator 9, in which they condense, giving off the heat of condensation through the walls of the radiator to the environment. Condensed liquid from the radiator through the porous baffle 2 enters the initial section of the liquid pipeline 3, gradually filling the section until the levels in the pipeline and the radiator become equal. Turn on the pulse heating device 4. Under the action of the received portion of heat, the liquid working fluid in the pipeline 3 boils, as a result of which the vapor-liquid mixture flows through the pipeline into the heat sink 8, closing the cycle of the working fluid. By adjusting the response frequency and the power of the pulse heating device 4, regulate the flow of portions of liquid into the heat sink 8.

Работа второго тешюсъемника данного устройства осуществляется аналогичным образом. Число теплосьемников у данной разветвленной трубки может быть неограниченным, причем все они могут работать независимо друг от друга.The operation of the second tackler of this device is carried out in a similar way. The number of heat sinks for a given branched tube can be unlimited, and all of them can work independently of each other.

Работа тепловой трубки, изображенной на фиг.3, осуществлена следующим образом. Жидкое рабочее тело, находящееся в кольцевой емкости 13, под действием поступающей теплоты кипит, поглощая поступающую к верхнему концу трубки 1 теплоту. Образующиеся пары рабочего тела под действием температурного перепада давлений перемещаются в нижнюю зону тепловой трубки 1, где конденсируются, отдавая теплоту конденсации стенкам охлаждаемого нижнего конца трубки. Сконденсированная жидкость через пористую перегородку 2 за счет разности уровней постепенно заполняет расширительную емкость 12. При достижении определенного уровня жидкость, находящаяся в расширительной емкости 12, перетекает через край теплоизолированного стакана 11 и начинает контактировать с нагретым нижним концом вспомогательной тепловой трубки 10 с внутренним фитилем из капиллярно-пористого материала. Вспомогательная тепловая трубка 10 передает теплоту от того же нагревательного устройства или среды, что и основная тепловая трубка 1, однако за счет того, что у нее отсутствуют охлаждаемые участки, температура рабочего тела внутри вспомогательной трубки 10 поддерживается выше температуры рабочего тела в основной трубке. Для уменьшения тепловых потерь через пар, большая часть трубки 10 теплоизолирована трубчатым теплоизолятором 5. При контакте рабочего тела, перелившегося через край теплоизолированного стакана 11 с нагретым нижним концом вспомогательной трубки 10 происходит вскипание жидкого рабочего тела с образованием паров. Давление внутри расширительной емкости резко возрастает, в результате чего образующиеся пары выдавливают жидкое рабочее тело, находящееся в расширительной емкости, по жидкостному трубопроводу 3 в кольцевую емкость 13. Пористая перегородка 2, расположенная между теплоотдающим участком и жидкостным трубопроводом, препятствует возврату жидкости или поступлению паров в теплоотдающий участок. После снижения уровня жидкости в расширительной емкости 12 до нижнего края жидкостного трубопровода 3, из расширительной емкости по жидкостному трубопроводу сбрасывается избыток паров рабочего тела. После того, как жидкость, попавшая в теплоизолированный стакан 11, полностью выплеснется или испарится, выработка паров прекратится, давление паров внутри расширительной емкости 12 сравняется с давлением паров снаружи расширительной емкости, в результате чего расширительная емкость вновь начнет заполняться жидким рабочим телом через пористую перегородку 2. Таким образом, циклически осуществляется возврат жидкого рабочего тела из зоны конденсации, расположенной в нижней части тепловой трубки 1, в зону испарения, расположенную в верхней части тепловой трубки. При переполнении кольцевой емкости 13 кипящая жидкость начнет смачивать верхнюю зону вспомогательной тепловой трубки 10, охлаждая ее и временно прекращая действие циклического нагнетателя.The operation of the heat pipe shown in figure 3, as follows. The liquid working fluid located in the annular tank 13 boils under the action of incoming heat, absorbing the heat entering the upper end of the tube 1. The resulting vapor of the working fluid under the influence of a temperature differential pressure moves to the lower zone of the heat pipe 1, where it condenses, giving off the heat of condensation to the walls of the cooled lower end of the tube. Condensed liquid through the porous partition 2 due to the difference in levels gradually fills the expansion vessel 12. When a certain level is reached, the liquid located in the expansion vessel 12 flows over the edge of the heat-insulated glass 11 and begins to contact the heated lower end of the auxiliary heat pipe 10 with the internal wick from capillary -porous material. The auxiliary heat pipe 10 transfers heat from the same heating device or medium as the main heat pipe 1, however, due to the fact that it does not have cooling areas, the temperature of the working fluid inside the auxiliary pipe 10 is maintained above the temperature of the working fluid in the main pipe. To reduce heat loss through steam, most of the tube 10 is thermally insulated with a tubular heat insulator 5. When the working fluid overflows the edge of the heat-insulated cup 11 with the heated lower end of the auxiliary tube 10, the liquid boils up to form vapor. The pressure inside the expansion vessel rises sharply, as a result of which the vapors formed squeeze the liquid working fluid located in the expansion vessel through the liquid pipe 3 into the annular vessel 13. The porous partition 2 located between the heat transfer section and the liquid pipe prevents the return of liquid or vapor to heat transfer area. After lowering the liquid level in the expansion tank 12 to the lower edge of the liquid pipe 3, the excess vapor of the working fluid is discharged from the expansion tank through the liquid pipe. After the liquid entering the heat-insulated cup 11 completely splashes out or evaporates, the vapor production will cease, the vapor pressure inside the expansion vessel 12 is equal to the vapor pressure outside the expansion vessel, as a result of which the expansion vessel will again begin to fill with liquid working fluid through the porous partition 2 Thus, the liquid working fluid is cyclically returned from the condensation zone located in the lower part of the heat pipe 1 to the evaporation zone located in the upper part STI heat pipe. When the annular tank 13 is full, the boiling liquid will begin to wet the upper zone of the auxiliary heat pipe 10, cooling it and temporarily ceasing the action of the cyclic supercharger.

При перемене зон нагрева и охлаждения местами тепловая трубка 1 начинает работать как обычный термосифон. Жидкость, находящаяся в нижней зоне тепловой трубки под действием поступающего тепла кипит, образующиеся пары поднимаются в охлаждаемую верхнюю зону тепловой трубки, где конденсируются и под действием силы тяжести возвращаются вниз.When changing the heating and cooling zones, the heat pipe 1 begins to work like a regular thermosiphon. The liquid in the lower zone of the heat pipe boils under the influence of incoming heat, the resulting vapors rise into the cooled upper zone of the heat pipe, where they condense and return under the influence of gravity.

Работа радиатора тепловой трубки, изображенной на фиг.4, 5, осуществлена следующим образом. Корпус радиатора 9 выполнен в виде тонкого параллелепипеда. Для сохранения формы под действием внешнего давления (при рабочем давлении в тепловой трубке ниже атмосферного давления во всем диапазоне температур), внутри корпуса размещена трехмерная решетка, препятствующая смыканию стенок корпуса под действием внешнего давления, и позволяющая парам рабочего тела, поступающим из теплосъемников по паровым трубопроводам внутрь радиатора, свободно распределяться по внутреннему объему радиатора. В случае, если рабочее давление внутри тепловой трубки во всем или в некотором интервале рабочих температур превышает атмосферное давление, вместо трехмерной решетки применены внутренние перегородки с проемами. Корпус радиатора может выполнять функцию нижней крышки мобильного компьютера.The radiator of the heat pipe shown in Fig.4, 5, as follows. The radiator body 9 is made in the form of a thin parallelepiped. To maintain shape under the influence of external pressure (at a working pressure in the heat pipe below atmospheric pressure in the entire temperature range), a three-dimensional lattice is placed inside the housing, which prevents the walls of the housing from closing under the influence of external pressure and allows vapor of the working fluid coming from heat sinks through steam pipelines inside the radiator, freely distributed over the internal volume of the radiator. If the working pressure inside the heat pipe in all or in a certain range of operating temperatures exceeds atmospheric pressure, instead of a three-dimensional lattice, internal partitions with openings are used. The radiator case can serve as the bottom cover of a mobile computer.

Внутри корпуса радиатора вдоль каждой из его сторон расположены пустотелые каналы 14 небольшого сечения, стенки которых полностью или частично изготовлены из капиллярно-пористого материала 2. Число каналов возле каждой стенки соответствует числу теплосъемников компьютера, в данном примере по три канала вдоль каждой из четырех сторон. Один из концов каждого канала глухой, а второй соединен с одним из жидкостных трубопроводов, отводящих жидкое рабочее тело к соответствующему теплосъемнику. Внутри каждого канала вдоль всей его длины размещены электронагревательные элементы 4.Inside the radiator case along each of its sides there are hollow channels 14 of a small section, the walls of which are fully or partially made of capillary-porous material 2. The number of channels near each wall corresponds to the number of computer heat sinks, in this example, three channels along each of the four sides. One of the ends of each channel is deaf, and the second is connected to one of the liquid pipelines that divert the liquid working fluid to the corresponding heat sink. Inside each channel along its entire length there are electric heating elements 4.

Пары рабочего тела, поступающие в радиатор 9 из теплосъемников, конденсируются, отдавая теплоту конденсации окружающей среде через стенки радиатора. Сконденсированная жидкость 6 под действием силы тяжести или поступающего парового потока скапливается возле одной или нескольких сторон радиатора 9 и поступает через капиллярно-пористую перегородку 2 в каналы 14, расположенные вдоль этих сторон, заполняя внутреннюю полость каналов. После полного или частичного заполнения каналов включают электронагревательные элементы 4, в результате чего часть жидкости, заполняющей каналы 14, испаряется. Образующиеся водяные пары выталкивают неиспарившуюся жидкость по жидкостному трубопроводу в соответствующий теплосъемник, после чего нагрев электронагревательных элементов 4 прекращают. Освободившийся канал 14 вновь начинает заполняться жидкостью. Регулируя частоту срабатывания электронагревательных элементов соответствующего канала, регулируют подачу жидкости в каждый из трех теплосъемников данной тепловой трубки.The vapor of the working fluid entering the radiator 9 from the heat sinks condenses, giving off the heat of condensation to the environment through the walls of the radiator. Condensed liquid 6 under the influence of gravity or the incoming steam stream accumulates near one or more sides of the radiator 9 and enters through the capillary-porous partition 2 into the channels 14 located along these sides, filling the internal cavity of the channels. After full or partial filling of the channels include electric heating elements 4, as a result of which part of the liquid filling the channels 14, evaporates. The resulting water vapor pushes the non-evaporated liquid through the liquid pipe into the corresponding heat sink, after which the heating of the electric heating elements 4 is stopped. The freed channel 14 again begins to fill with liquid. By adjusting the response frequency of the electric heating elements of the corresponding channel, regulate the flow of fluid into each of the three heat sinks of this heat pipe.

Claims

1. A heat pipe, consisting of one or more heat-receiving sections, one or more steam pipelines, one or more liquid pipelines and one or more heat-releasing sections, forming a closed system, inside which there is a working fluid in the form of a liquid and its vapors, characterized in that between the heat transfer section and the liquid pipe supplying liquid from the heat transfer section to the heat transfer section, there is a partition of finely porous material or capillaries vivid section of the pipeline; the initial section of the liquid pipeline, located behind the partition, is equipped with a device for periodic or pulsed heating of the liquid coming through the partition, and the shape and size of the cross section of the liquid pipeline provide the ability to move the vapor-liquid mixture through the pipeline in the "shell" boiling mode, in which portions of the liquid move along the pipeline along with steam plugs without stratification into separate steam and liquid flows.

2. The heat pipe according to claim 1, characterized in that the heat-receiving section is configured to operate in the heat-transfer section, and the heat-transfer section is configured to operate in the heat-receiving section.

3. The heat pipe according to claim 1, characterized in that the cross-sectional shape of the liquid pipe is approximated to round, and the diameter of the pipe is kept to a minimum.

4. The heat pipe according to claim 1, characterized in that an electric heater is used as a device for periodic or pulsed heating of the liquid at the beginning of the liquid pipeline.

5. The heat pipe according to claim 4, characterized in that the electric heater is multi-zone, with the possibility of selective heating of various sections of the liquid pipeline,

6. The heat pipe according to claim 1, characterized in that the quality of the device for periodic heating of the liquid flowing through the porous septum, an auxiliary heat pipe is used with an internal capillary-porous wick, periodically heated by an external device or constantly heated, but made with the possibility of periodic contact with given liquid.

7. The heat pipe according to claim 6, characterized in that the heat-receiving end of the auxiliary heat pipe is located in the heated zone of the declared heat pipe, and the heat-releasing end is located in the upper zone of the expansion cavity located between the partition and the liquid pipe, and is located inside the heat-insulated glass made with the possibility of periodically filling it with a portion of the liquid entering the expansion tank through the porous septum; the beginning of the liquid pipe is located in the lower zone of the expansion cavity.

8. The heat pipe according to claim 1, characterized in that the heat-receiving sections of the heat pipe are in the form of heat sinks, made with the possibility of tight thermal contact with the cooled devices,

9. The heat pipe according to claim 1, characterized in that the heat transfer sections of the heat pipe are in the form of radiators or heat exchangers with a significant heat transfer surface.

10. A heat pipe for cooling mobile computers, consisting of one or more heat-receiving sections located on the cooled elements, one or more steam pipelines, several liquid pipelines and a heat-transfer section located in the lower zone of the computer case, forming a closed system inside which the operating system circulates a body in the form of a liquid and its vapors, characterized in that the heat-releasing section is made in the form of a flat thin-walled sealed enclosure, inside of which One of its channels contains one or several channels for collecting condensed liquid, communicating with the internal cavity of the body through a partition of finely porous material; each channel has a free exit to the liquid pipeline; each channel is equipped with one or more electric heating elements, and the shape and size of the cross section of the liquid pipeline provide the ability to move the vapor-liquid mixture through the pipeline in the "shell" boiling mode, in which portions of the liquid move along the pipeline together with the steam plugs without stratification into separate steam and liquid flows.

11. The heat pipe according to claim 10, characterized in that a three-dimensional lattice or a complex of partitions is located inside the casing, forming channels for the passage of the vapor of the working fluid and preventing the casing from changing shape under the influence of external or internal pressure.

12. The heat pipe according to claim 10, characterized in that the number of liquid pipelines connecting the channels for collecting condensed liquid with each heat-receiving section of the heat pipe allows liquid to be supplied from either side of the housing of the heat-transfer section below the others, depending on the angle tilt the case.

13. The heat pipe according to claim 12, characterized in that the number of pipelines that divert liquid from the heat transfer section to each heat-receiving section of the heat pipe corresponds to the number of sides of the housing.

14. The heat pipe according to claim 10, characterized in that the electric heating elements are placed along the entire length of the channel for collecting condensed liquid and are configured to operate in a multi-zone pulse mode.